Структурная схема микроконтроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

однокристальный микроконтроллер резонатор

С 80-х годов 20 века в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс интегральных схем - однокристальные микроконтроллеры, которые предназначены для встраивания в приборы различного назначения. От класса однокристальных микропроцессоров их отличает наличие внутренней памяти, развитые средства взаимодействия с внешними устройствами.

Широкое распространение получили 8-разрядных однокристальные микроконтроллеры семейства MCS-48. Это семейство образовалось на основе микроконтроллера Intel 8051, получившего большую популярность у разработчиков микропроцессорных систем контроля благодаря удачно спроектированной архитектуры. Архитектура микроконтроллера это совокупность внутренних и внешних программно доступных аппаратных ресурсов и системы команд.

В последствии фирма Intel выпустила около 50 моделей на базе операционного ядра микроконтроллера Intel 8048. Одновременно многие другие фирмы, такие как Atmel, Philips начали производство своих микроконтроллеров разработанных в стандарте MCS-51. Существует также и отечественный аналог микроконтроллера Intel 8748 - микросхема К1816ВЕ751.

Исходные данные.

Цель работы: разработать сeдовую систему контроля, работающую под управлением однокристального микроконтроллера I8748;

с АЦП разрядностью 8 бит;

приём готовности АЦП - по входам T0, T1;

цифровое мультиплексирование;

количество каналов измерения: 3, причём: входы 1 - 0…100В 2 - постоянное напряжение 0…10 мВ, Входы3,4- контакты с дребезгом.

Все аналоговые сигналы, введенные в систему, сравниваются программно с двумя порогами: предупредительной (95% от максимального значения сигнала) и аварийной (98%) сигнализации. В случае превышения порогов включается соответствующая сигнализация. Дискретный сигнал включает сигнализацию о срабатывании контактного датчика. Для расширения возможностей ввода вывода использовать специальную микросхему 8243.

1. Структурная схема микроконтроллера. Описание структурной схемы

Рисунок 1. Структурная схема мк48

Структурная схема МК48. Основу структуры МК образует внутренняя двунаправленная 8-битная шина, которая связывает между собой все устройства БИС: арифметическо-логическое устройство (АЛУ); устройство управления; память и порты ввода/вывода информации. Значительно более сложная и развитая ОЭВМ, построенная на основе однокристального микропроцессора МК51, имеет в своем составе такие аппаратурные средства: процессор, в состав которого входят 1-байтное АЛУ и схемы аппаратурной реализации команд умножения и деления; стираемое ПЗУ программ ёмкостью 4 Кбайта, ОЗУ данных ёмкостью 128 байт; два 16-битных тайме­ра/счетчика; программируемые схемы ввода/вывода (32 линии); блок9 двухуровневого векторного прерывания от пяти источников; асинхронный канал дуплексного последовательного ввода/вывода информации со скоростью до 375 кбит/с; генератор, схему син­хронизации и управления.

Однокристальная ЭВМ выполнена на основе высокоуровневой n-МОП технологии и выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выходов. Для работы ОЭВМ требуется один источник электропитания +5В. Четыре программируемых порта ввода-вывода взаимодействуют со средой в стандарте ТТЛ-схем с тремя состояниями вы­хода. Корпус ОЭВМ имеет два вывода для подключения кварцевого резонатора, четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы и восемь линий порта 3, которые могут быть запрограммированы пользователем на выполнение специализированных (альтернативных) функций обмена информацией со средой.

2. Арифметико-логическое устройство

В состав АЛУ входят следующие блоки: комбинациооная схема обработки байтов, регистры T, регистр-аккумулятор А, схема десятичного корректора и схема формирования признаков. Аккумалятор используется в качестве регистра операнда и регистра результата. Регистр временного хранения операнда Т1 программно недоступен и используется для временного хранения второго операнда при выполнении двухоперандных команд. Комбинациооная схема АЛУ может выполнять следующие операции: сложение байтов с переносом или без него; логические операции И, ИЛИ; инктремент, декримент, инверсию; циклический сдвиг влево, вправо через (или минуя) флаг переноса, обмен тетрад в байте; десятичную коррекцию содержимого аккумулятора.

При выполнении операции обработки данных в АЛУ вырабатываются флаги (признаки), которые (за исключением флага переноса С) формируются на комбинационной схеме и не фиксируются на тригерах. К таким флагам относятся флаг нулевого содержимого аккумалятора. Логика условных переходов по указанным флагам позволяет выполнять команды передачи управления (JZ, JNS, JB0-JB7) без фиксации на тригерах. Флаги переноса и вспомогательного переноса (перенос из младшей тетрады в старшую) фиксируются на тригерах, входящих в состав регистра слова состояния программы (ССП). Формат СПП показан на рис.2. Кроме перечисленных признаков логика условных переходов МК оперирует флагами F0 и F1, функциональное назначение которых определяются разработчиком; флагом переполнения таймера TF, сигналом на входах T0и T1. Программистом могут быть также использованы флаги рабочего банка регистров BS и выбранного банка внешней памяти программ МВ. Кроме того, логикой переходов после окончания каждого цикла опрашивается еще один флаг, а именно флаг разрешения/запрета прерывания.

3. Память микроконтроллера

Память программ и память данных в МК48 физически и логически разделены. Память программ реализона в резидентном СППЗУ емкостью 1 Кбайт. Максимальное адресное пространство, отводимое для программ, составляет 4 Кбайта. Счетчик команд (СК) содержит 12 бит, но инкрементируются в процессе счета только младше 11 бит. Поэтому счетчик команд из предельного состояния 7FFHперейдет в состояние 000Н. Состояние старшего бита счетчика команд может быть изменено специальными командами (SELMB0 SELMB1). Подобный режим работы счетчика команд позволяет создать два банка памяти емкостью по 2 Кбайта каждый. В резидентной памяти программ имеется три специализированных адреса:

Адрес 0, к которому передается управление сразу после окончания сигнала СБР;

Адрес 3, по которому расположен вектор прерывания от внешнего источника;

Адрес 7, по которому расположены вектор прерывания от таймера или начальная команда подпрограммы обслуживания прерывания по признаку переполнения таймера/счетчика.

Память программ разделяется не только на банки емкростью 2 Кбайта, но и на страницы по 256 байт в каждой. Вкомандах условного перехода задается 8 битный адресс передачи управления в пределах текущей страницы.

Рис. 2. Карта адресов памяти программ

В случае, когда в программе необходимо иметь много переходов по условию, из-за небольшого размера страницы возникает проблема размещения соответсвующих модулей в границах страницы. Команда вызова подпрограмм модифицирует 11 бит счатчика команд, обеспечивая тем самым межстраничные переходы в пределах выбранного банка памяти программ. В МК-системе, работающей с внешней памятью программ, возникает проблема размещения поддпрограм в двух банках памяти. Проблема эта связана с тем, что МК не имеет средст считывания анализа флага МВ, равного содержимому старшего бита счетчика команд СК. Поэтому в каждый текущий момент исполнения программы, состоящей из потока вызовов подпрограмм, нет возможности определения номера банка памяти, из которого осуществляется выборка.

При обработке запросов прерываний в МК48 старший бит счетчика команд СК11 принудительно устанавливается в 0. Это приводит к необходимости подпрограмму обслуживания прерывания и все подпрограммы, вызываемые ею, размещать в пределах банка памяти 0. Резидентная память данных емкостью 64 байта имеет в своем составе два банка рабочих регистров 0-7 и 24-31 по восемь регистров в каждом. Выбор одного из банков регистров выполняется по команде SELRB. Рабочие регистры доступны по командам с прямой адресацией, а все ячейки РПД доступны по командам с косвенной адресацией. В качестве регистров косвенного адреса используются регистры R0,R1, и R0*, R1*(рис 2).

Практически все команды с обращением к ЗПД оперируют с одним байтом. Однако по командам вызова и возврата осуществляется доступ к двухбайтным словам. В памяти данных слова хранятся так что старший байт слова располагется в ячейке с большим адресом. Отметим, что в памяти программ порядок расположения байтов по старшенству при хранении двухбайтных слов обратный. В МК-системах, где используется внешнее ОЗУ, через регистры косвеноого адресаR0 и R1возможен доступ к ВПД емкостью 256 байт.

4. Организация ввода/вывода информации

Для связи МК48 с обьектом управления, для ввода или вывода информации используются 27 линий. Эти линии сгруппированы в три порта по восемь линий в каждом и могут быть использованы для вывода, ввода или для ввода/вывода через двунаправленные линии. Линия ЗПР используется для ввода в МК сигнала запроса прерывания от внешнего источника. Линия Т1 используется для ввода тестирующего сигнала или в качестве входа или в качестве входа счетчика событий ( команда STRTCNT).

Порты ввода/вывода P1 и P2. Квазидвунаправленная схемотехника этих портов, позволяет выполнить ввод, вывод или ввод/вывод. Каждая линия портов Р1 и Р2 может быть программным путем настроена на ввод, вывод или работу с двунаправленной линией передачи. Квазидвунаправленные схемы портов Р1 и Р2 и команды логических операций ANL, ORL предоставляют разработчку эффективное средство маскирования для обработки однобитных входных и выходных переменных.

Размещено на Allbest.ru